汽车车身激光焊接技术发展与应用

摘要：详细分析汽车车身激光焊接技术的发展与应用趋势，并对激光焊接光源的光学特性以及材料对激光的吸收特性等进行了分析。结合汽车车身产品特性与铝合金等新材料的应用与发展，对激光熔焊技术、填丝型激光熔焊技术、激光钎焊技术以及激光+MIG复合焊接技术的原理、技术特点和应用特点进行了详细的对比分析，给出了针对不同产品结构与材料的合理的技术解决方案。基于对未来汽车车身发展的考虑和满足更高品质焊接车身质量的要求，提出了三光斑激光焊接技术及激光点焊技术等车身焊接技术解决方案，并对其焊接原理、技术特点和工艺特点进行了相应的分析与介绍。为未来汽车车身连接技术的发展提供了方向和建议

关键词：汽车车身;激光焊接;新材料;铝合金;发展方向

中图分类号：TG456.7 文献标志码：A 文章编号：1001-2303（2020）07-0064-10

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.07.10

0 前言

激光以其能量密度高、光束呈现中性、可实现非接触焊接以及可达性好等诸多优点，被应用到汽车车身部件生产等的诸多领域。随着汽车新能源政策的发展和各项法律法规的要求，车身产品设计型式和新材料的应用也得到了快速发展。激光焊接技术也从最初的激光熔焊技术逐渐发展为激光钎焊技术、填丝型激光熔焊技术、激光复合焊接技术以及最新的多光斑激光焊接技术和激光点焊技术等多种连接技术。高强铝合金等新型材料的应用以及未来新能源车身的特点，促进了相关激光焊接技术的应用与发展，并对激光焊接技术提出了更高的要求。汽车产品与激光焊接技术的共同发展与相互促进，对双方的发展具有重要的意义和价值。

激光焊接技术随着车身新的结构设计型式和新材料的发展而发展，从20世纪90年代末期以Audi

C5顶盖为代表的搭接接头激光熔焊技术，到随后第一代Bora后盖外板上部与下部角接接头为代表的激光钎焊技术，再到大众车型标配的顶盖与侧围角接激光钎焊焊技术，再到后来以Audi A6L铝合金门盖为代表的填丝型激光熔焊技术。目前，激光钎焊技术已经发展到多光斑激光焊接技术以及钢铝异种材料的激光熔钎焊阶段。随着热成型、铝合金材料等更多新型材料的应用以及产品结构的进一步发展，激光焊接技术必将得到进一步发展和完善[1-3]。

1 激光焊接技术原理及设备

1.1 激光特点

激光是由原子中的核外电子在不同轨道之间受到激发而发生“跃迁”时产生的。其特点为：（1）指向性好。激光器发射的激光朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行，所以激光是高度集中的。（2）能量密度大。光子能量是用E=hγ来计算的，其中h为普朗克常量，γ为频率。激光频率范围为3.846×1014～7.895×1014 Hz，所以激光具有极高的能量密度。（3）激光是单频、相干光源。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，所以光束相互干扰性较低，避免了普通电弧焊多频光束相互干扰的缺点。（4）光束为中性。激光光束由中子组成，呈现电中性的特征，可以避免在复杂的电磁环境中受到干扰[4-5]。综上，激光作为焊接热源具有激光光束能量密度高、中性且不受电磁干扰、电弧刚性好等特殊优势。

1.2 激光焊接技术基本原理

激光焊采用激光作为焊接热源，机器人作为运动系统，具有能量密度高、加热集中、焊接速度快、焊接变形小等特点，可实现薄板的快速连接。

当激光光斑的功率密度足够大时（>106 W/cm2），金属在激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短时间内升高至沸点，金属发生气化。金属蒸汽以一定的速度离开金属熔池表面，产生一个附加应力反作用于熔化的熔池金属，使其向下凹陷，在激光斑下产生一个小凸坑。随着加热过程的进行，激光可以直接射入坑底，形成一个细长的“小孔”。当金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续深入。所产生的小孔将贯穿于整个板厚，形成较深的穿透型焊缝。小孔随着光束相对于工件沿着焊接方向前进，金属在小孔前方熔化，并绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。

激光光源功率的合理选择十分重要，太小难以实现激光焊接，过大则会提高设备成本。激光焊接所需的激光功率由金属的物理性质、表面吸收率和反射率所决定。

在激光焊接过程中，聚集在工件上的激光能量只有一部分被材料吸收，另一部分被反射掉。焊接钢质材料时，激光的吸收率较高;焊接铜质材料时，激光的吸收率会变低，这是由材料的特性决定的。金属对激光的吸收率可近似用式（1）表示[7]：

εh（t）≈0.365{γ[1+β（t-20）]λ}1/2（1）

式中 t為温度;εh（t）为金属在温度t时的吸收率;γ为金属材料在温度为20 ℃时的电阻率;β为电阻温度系数;λ为激光波长。

由式（1）可知，激光吸收率随着温度的升高而增加，随电阻率的增加而增加。借助于焊丝预热作用，可提高激光作用于金属表面的温度，从而提高激光的吸收系数，适当减小激光器的功率。

不同材料、激光波长与吸收率之间的关系如图1所示，该曲线适用于常温26 ℃。常温下，钢材对于固体激光波长的吸收率为35%，铜质材料仅为4%。随着温度的升高，材料对激光的吸收率会急剧提高。利用这一特性，采用电流预热焊丝是十分必要的。在焊接的起始时刻，适当增加初始微区段的焊接时间，以保证初始时焊丝的充分熔化。

一般情况下，金属材料的导电性越好，即电阻率越小，对激光的吸收率相对越低。材料从银、铜、铝、镍到钢，对激光的吸收率依次增加，这是由材料的物理属性决定的。

另外，材料表面状态对激光的吸收率也有较大的影响。表面的粗糙度越大，对激光的吸收率越高。不同的表面涂层材料对吸收率的影响也较大，例如氧化锆或磷酸盐涂层会明显提高激光的吸收率。铝合金激光熔焊时，由于铝合金的激光吸收率较低，所以焊前必须经过钝化处理，以便清除表面油污和致密坚硬难熔的Al2O3，并在其表面涂覆一层钛的磷酸盐。该涂层对激光的吸收率较高，可以明显降低激光光源的功率，从而降低投资和成本。另外，去除Al2O3可以降低焊缝中氧化物夹杂的含量，提高焊缝强度。钝化也可以明显提高零件的防腐蚀性能，因为有致密而均匀的钛的磷酸盐的存在，如图2所示。

工件温度对于激光能量的吸收是一个决定性因素。开始焊接时，需解决表面反射问题，尤其是铝合金。当工件表面达到挥发温度时，就形成了挥发孔，这样几乎所有能量就可以传到工件上。在激光+MIG复合焊接时，挥发不仅发生在工件表面，同时也发生在填充焊丝上，使得更多的金属挥发，从而使激光的能量传输更加容易。铝合金对可见光和红外线都具有较高的反射率（约达90%），对激光同样如此，因此铝合金焊接时需要更大功率的激光器，并需要采用特殊的工艺措施减少反射，提高吸收率。小孔法焊接可以提高激光焊的能量吸收率约50%，形成熔透的小孔需要10%的入射能量，小孔一旦形成，所需能量就会明显降低。

根据工件的材料和厚度，参考焊接条件选取激光功率和光斑直径，然后确定激光焊接的速度。与其他焊接方法不同，激光高速焊接时向热影响区的热传导较为微弱，可用式（2）作为经验方法在给定激光功率下找到合适的焊接速度[5]：

0.483P（1-R）=vWweldδρcPTm（2）

式中 P为激光功率（单位：W）;R为反射率;v为焊接速度（单位：m/s）;Wweld为焊缝宽度（单位：m）;δ为板厚（单位：m）;ρ为材料密度（单位：kg/m3）;cP为比热容[单位：J/（kg·K）];Tm为材料熔点（单位：K）。

确定好激光理论功率后，再在适当的范围内调节激光功率，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。

1.3 激光焊接系统特点

常见汽车车身激光焊接系统的基本组成如图3所示。主要包括激光光源（发生器）、送丝系统（一般常借助于具有推拉丝功能的MIG焊机的送丝系统）、机器人系统、PLC焊接控制系统以及激光焊枪等。

激光熔焊时，取消送丝系统模块，即可构成激光熔焊系统。

激光钎焊时，启动送丝系统模块。某些条件下，仅启动送丝系统;某些情况下，不仅需要启动送丝系统，同时可依据需要启动焊丝预热系统。通过上述设置，即可构成激光钎焊系统。

填丝型激光熔焊时，启动送丝系统和焊丝预热系统。通过上述设置，即可构成填丝型激光熔焊系统。

激光+MIG复合焊接系统焊接时，启动MIG焊弧焊系统，配合激光焊接系统，即可构成激光+MIG复合焊接系统。

1.4 激光焊接技术对比分析

激光熔焊、激光钎焊、填丝型激光熔焊以及激光+MIG复合焊接技术的对比分析如表1所示。

对于激光熔焊，车身领域主要用于同质金属的搭接或角接焊缝，主要优点是焊接强度高，但对零件匹配精度要求较高，否则容易焊穿。对于不等厚钢板拼接，目前只能采用激光熔焊技术，拼接焊缝具有较高的强度。

对于激光钎焊，其主要优势是焊缝成形好、焊缝宽深比大，但抗拉强度低，匹配要求较高，适合于对强度要求不高、且密封要求较高的场合。

对于填充型激光熔焊，常用于铝合金搭接焊缝或铝/钢异种材料的熔钎焊，其主要优势是可以调整焊缝的余高，或实现铝/钢异种材料的熔钎焊接。

对于激光+MIG复合焊，具有焊接速度更快、焊缝桥联性可调、激光器功率较低和焊缝成型系数可调等诸多优点，但也存在如控制系统较为复杂及成本较高等缺点。

应视产品结构和材料组合而具体分析采用不同的激光焊接方法。结合大众集团近30年来激光焊接技术的应用与发展，现将激光熔焊、激光钎焊、填丝型激光熔焊以及激光+MIG复合焊接技术在产品项目中的应用与相关技术要求进行相应的汇总分析，如表2所示。相关技术参数主要包括：材料、接头型式、匹配要求、焊接位置和应用车型等。

从表2可以看出，这些技术在大众集团的发展现状和未来趋势。如激光+MIG复合焊接技术，有逐渐减少应用的状态出现，由于其自身的技术特点和大众集团汽车产品的发展趋势，同时有其他新型焊接技术的崛起，如冷金属过渡焊等。

2 几种激光焊接技术特征与应用分析

2.1 激光熔焊

激光熔焊示意如图4所示。激光熔焊采用激光作为独立的焊接热源，其原理如1.2节所述。激光熔焊是早期的激光焊接方式之一，具有焊接速度快、无接触焊接和可达性好等优势，常用于同种材料板材的搭接接头焊接。另外，激光熔焊过程没有焊接压力的作用，是一个只有热作用的过程，与电阻点焊相比，焊缝光滑平直，焊件变形较小，这对于提高車身精度具有重要意义。但该方法对于待焊冲压件的要求较高，要求其装配间隙较小，一般为0.05～0.2 mm，否则容易产生气孔，因此对冲压件的精度提出了更高的要求，要求其与焊接区域相关部位的尺寸精度为±0.2 mm。为此，这对模具提出了更高的要求，制造成本也会更高。

装配间隙的要求是为了降低焊缝中的气孔含量。这些气孔主要是板材表面涂层和污渍所致，如表面镀锌层、钝化层、残留的固化剂、油污以及吸附的水分等，必须为这些焊接过程中高温气化气体的逸出提供必要的通道，即“逃逸通道”。有时由于受到夹具夹紧条件的限制，必须人为在待焊零件表面设置保证间隙的冲压凸点和激光刻蚀沟槽，以保证气体充分逸出，避免焊缝中气孔的产生，如图5所示。

激光熔焊时，由于匹配间隙难以做到完美，所以激光熔焊质量会存在各种各样的缺陷，对焊接工艺的要求非常严格。激光熔焊通常用于结构件的焊接，如地板或骨架门洞周边的焊接，对于有表面质量要求的覆盖件的焊接，目前较少采用。

2.2 激光钎焊

对于汽车车身而言，激光钎焊的出现是因产品结构的特殊设计而产生的，如顶盖与侧围的激光钎焊、后盖外板上下部之间的激光钎焊等。这些部位对接头的强度要求不高，主要是满足密封和焊缝美观的要求。激光钎焊可以满足这些要求，并具有一定的强度。

激光钎焊原理如图6所示。除了与激光熔焊相同的部分外，多了一套激光钎料送丝系统，从而增加了激光钎焊工艺的控制难度，使其具有自身的特性和焊接控制要求。

激光钎焊的难点在于激光光斑与焊丝端部区域的精确对中，使光斑热量聚焦于焊丝端部，以便焊丝充分熔化实现钎焊过程。

钎焊焊丝必须具有一定的刚性和弹性，否则难以满足上述要求。同时，焊丝熔点不能过高，否则只能采用功率更高的激光光源，这会大大增加激光器的成本。作为钎料的焊丝材料必须在高温熔化状态下与所连接的基体材料有较好的浸润性能，否则焊缝成型较差;同时要求其必须具有一定的界面张力，以保障焊接接头的强度要求。CuSi3材料就是具备了上述诸多优点的钎焊材料之一。钢板的激光钎焊大多采用CuSi3焊丝，焊前预热焊丝，以提高激光的吸收率。

当预热电流流经焊丝与焊件的连接点时，产生的电阻热加热焊丝。焊丝在熔化前必须与焊件接触，若焊丝在焦点之前与焊件接触，在这一点的激光功率还不足以熔化焊丝。焊丝通过焊接坡口被引入焦点，在焦点处熔化。因此，为了使焊丝能以理想方式弯曲，确保焊件与焊丝在焦点中心发生接触，要在各种接头型式中保持足够大的定位角，通常要求角度大于40°。

焊接过程中如果发生较大的飞溅，说明加热电流已经达到上限，焊丝过早熔化。同样，加热电流取下限时，也会导致焊缝质量很差，焊缝表面会变得越来越粗糙。原则上，焊丝预热电流应该尽可能接近上限。

在激光钎焊过程中，激光能量通过聚焦集中在作用点上，其中一部分能量被焊丝吸收，一部分能量被焊件吸收。研究表明，光斑直径约50%的面积作用在焊丝周边部分。考虑到缝隙尺寸，要确定斑点直径，必须综合考虑以上两种因素。如果斑点直径太小，焊缝会略显红色，且呈现非常不均匀的特征，并伴有飞溅发生，另外在焊缝背面也看不出回火变色的痕迹。在该过程中，更多的激光能量被焊丝反射出去，一方面焊丝加热过度，另一方面，待焊工件加热不足，焊丝钎料熔化后难以流入工件的缝隙中，并且浸润性较差，焊缝成型不佳。

此外，焊缝成型还与激光焊枪的移动速度及焊丝送丝速度有较大的关系。焊缝钎料的填充体积与焊缝成型系数必须与之结合才能获得理想的焊接接头，这是一个多参数协同作用的结果。以后盖外板的激光钎焊拼接为例，实际送丝速度比理论设计速度高10%是必要的，这样可使焊丝的熔化量始终多一点，以解决因送丝速度的细微变化而导致焊缝形成气孔的危险，并且焊缝成型系数也能得到保障。

激光钎焊相关设备的精度要求较高，包括：夹具的重复定位精度、机器人的引导精度以及零件的尺寸公差等。实践表明，焊缝的横向偏差由0.2 mm增至0.6 mm时并不能使焊缝质量发生很大变化。但在焊件背面可以从回火颜色清楚地看出焊缝已严重偏离中心，表明这会引起其他参数非常敏感发生变化，在某种程度上降低接头质量。

某车型钢质后盖外板上、下部激光钎焊的装备和焊缝截面如图7所示。

2.3 填丝型激光熔焊技术特点与应用

对于铝合金搭接接头，如果采用激光熔焊方式会存在焊缝塌陷等问题，即从表面形貌看，焊缝明显凹陷，形成一条沟槽，这严重降低了接头强度和质量。

该现象产生的主要原因有：（1）激光熔焊具有较高的能量密度，且激光光束的刚性较高，冲击力较强，容易使焊缝下坠。（2）在高温条件下，铝合金熔池表面的界面张力较低，在重力和激光冲击力的联合作用下，在焊缝背面焊穿的情况下极易发生流淌，从而造成焊缝的塌陷。

为补偿塌陷带来的焊缝有效界面的损失，可以采用类似激光钎焊的方法，即在激光熔焊的同时向焊缝熔池区域同时输入与母材近似同质的铝合金焊丝材料，借助于激光能量，使其熔化并有效补偿焊缝的塌陷，从而改善焊缝成型，满足产品设计要求。

焊接时液态焊丝金属和母材熔化的液態金属相互融合，冷却后形成共同的焊缝。由于焊丝与母材近似同质，焊缝金属和母材金属之间形成了共同的晶粒，建立了原子之间的结合，焊接接头具有与母材类似的强度和性能。这种焊接方式与激光钎焊具有本质区别，因为激光钎焊仅仅是钎料熔化，而母材并未熔化。一般认为，钎焊接头并未与母材建立原子之间的联系，而仅仅是依靠界面张力的作用来实现两种材料的连接，所以接头强度并非很高。

对于大众集团旗下车型而言，常用铝合金板材为六系TL09X系列，为固溶强化型材料。对于添加的铝合金焊丝，通常为AlSi4-7系列，也为Si元素固溶强化型材料，具有与母材相近的金属属性。

2.4 激光+MIG复合焊接技术特点与应用

2.4.1 MIG焊原理及特点

MIG焊是通过电弧热作为热源，熔化填充的焊丝金属，把母材连接到一起。MIG电弧燃烧的能量密度稍高于104 W/cm2。MIG焊电弧功率大、热量集中、焊接速度快、热影响区小、生产效率相对较高，因此可以焊接厚度较大的焊缝。采用氩气保护的MIG焊具有更好的电弧稳定性，且能获得更好的焊缝表面质量及焊缝的宽深比。

MIG焊的特点是：电源成本低，焊缝桥联性好、电弧稳定性好，易于通过填充金属改善焊缝结构。

2.4.2 激光+MIG复合焊接技术特点

激光器焊接金属时的激光束强度达106 W/cm2，当激光到达材料表面时，该点的温度迅速升高到挥发温度，并形成挥发孔。激光束焊的特点是熔深大、焊接速度高和焊缝较窄，但焊接更厚的材料需要更大功率的激光器。焊缝最明显的特征是具有很低的宽深比。

激光+MIG焊接复合技术的基本原理如图8所示，除了电弧向焊接区输入能量外，激光也向焊缝金属输入热量，两种焊接方法同时作用于焊接区，整个焊接过程的特性取决于选择的激光和电弧输入能量的比例。

激光复合焊接结合了MIG焊和激光焊的优点，既能获得所需要的焊缝形貌，又能在激光焊接速度较高的前提下，充分利用电弧焊过程的稳定性，并适当减小激光焊机的功率。

国内关于激光+MIG电弧复合热源焊接汽车车身的实际应用的相关报道较少。国外德国大众集团对此项技术的研究较为深入，在汽车车身制造领域应用较为广泛。以德国大众Phaeton的车门焊接为例，为了在保证强度的同时减轻车门质量，大众公司采用冲压、压铸和挤压成形的铝件。车门的焊缝总长约为4 980 mm，其中包括：7条380 mm MIG焊缝，11条1 030 mm激光焊缝，48条3 570 mm激光+MIG复合焊缝。产品、接头和工装部分信息如图9所示。

激光+MIG复合焊接技术同样应用于奥迪A8车身的生产。在A8某代车型侧顶横梁上有各种规格和型式的接头，大多采用激光+MIG复合焊工艺，焊缝共计4 500 mm长。

激光+MIG复合焊接技术的另一特点是具有很宽的焊接速度调整范围。采用其焊接Phaeton车门的对接接头时，焊接速度从1.2～4.8 m/min都是可行的，最大焊接速度可达9 m/min。通常焊丝送丝速度为4～9 m/min，激光功率为2～4 kW。实践表明，最佳的焊接速度约为4.2 m/min、送丝速度6.5 m/min、激光功率2.9 kW。

随着近年来车身的轻量化技术的发展，汽车车身结构由单一钢质车身逐渐向铝合金+热成型复合车身结构转变。随着越来越多的大截面铝合金型材和压铸件应用于汽车车身结构中，激光+MIG复合焊接技术具有更大的应用范围和价值。

目前，铝合金车身主要采用激光焊接工艺。由于激光光束直径很小，要求坡口装配间隙小于0.5 mm，机器人轨迹精度要求也很高，并且开始阶段尚未形成熔池时的热效率很低。另外，也存在设备成本较高，对冲压件或总成尺要求较为严格等问题。这些问题可以通过激光+MIG等电弧复合焊接技术得到解决。

由于电弧焊的复合，熔池宽度增加，使得装配要求降低，焊缝跟踪容易。大众集团自主开发了用于车身制造的激光+MIG复合焊接焊枪。该焊枪安装在焊接机器人手臂上，几何尺寸小，适合多种空间位置焊接。在各个方向上的调节精度达到0.1 mm，基本可以满足产品的焊接要求。

对于铝合金材料，表面致密的Al2O3容易在焊接中形成夹杂，造成潜在的裂纹源;MIG焊电弧的“阴极物化”作用则能有效破坏氧化膜结构，避免夹杂，且解决初始熔化问题，减少铝合金对激光的反射，提高激光的吸收率，从而降低激光器功率;另外，还可利用MIG的极性进一步调整焊缝的成型系数。如果需要加深焊缝，可以直流反接（即工件接负极），使其接收电流正离子的轰击，工件接受更多的能量，从而使焊接深度增加。反之，如果希望增加焊缝宽度，则直流正接（即工件接正极），让正离子轰击焊丝表面，从而增加焊丝的熔化速度，提高熔敷率。同时，电弧焊的气流可解决激光焊金属蒸气的屏蔽问题，从而避免焊缝表面凹陷形成的咬肉或咬边现象，而激光焊的深熔和快速、高效、低热输入特点仍得以保持。

在不同激光功率作用下，几种焊接接头的成型对比如图10所示。在焊接工艺的实际应用中，可以依据产品设计要求、被焊材料的金属特性等要求，合理选择激光焊接方法。

3 未来激光焊接技术的发展方向

3.1 激光焊接技术面临的问题

激光焊接技术经过近几十年的发展，已经在汽车车身连接等领域得到了较大的发展与应用，提高了汽车车身制造的整体水平，解决了诸多由于新材料、新结构和新法规的出现而产生的各种问题。

在激光焊接技术发展的同时，其他连接技术也在快速发展。如等离子技术借助于现代科技手段，使其能量密度几乎提升了一个数量级。所以在某些特定场合，如钢质材料焊接、节拍要求不高和焊缝较短的条件下，可以采用等离子钎焊技术取代激光钎焊技术，不仅成本较低，而且可以获得几乎同品质的焊接接头。

近几年，随着冷金属过渡焊接技术的发展与完善，相继开发出了具有上述等离子能量密度级别的冷金属过渡连接技术，如CMT brazing和SKS技术。借助于特殊的电弧压缩技术，其能量密度也可以达到等离子弧的能量密度。因此，在目前的某些車身的等离子钎焊又被新型的冷金属过渡焊接技术所取代，因为该技术价格成本更具优势，而且焊接接头质量也几乎可以达到等离子钎焊或激光钎焊的水平。但是对于高强铝合金的焊接，建议采用激光钎焊技术，毕竟激光焊接光源能量密度更高，可以实现快速焊接，从而获得较窄的焊接热影响区，降低软化程度。

因此，鉴于激光焊接技术面临的压力与挑战，要求该技术必须进一步完善和发展，以应对其他连接技术带来的压力。

3.2 未来激光焊接技术的发展方向

随着中国激光光源技术的不断完善与发展，技术逐步成熟，激光器价格急剧降低，这对激光焊接技术的应用具有重要意义。对于激光焊接技术未来的发展，有如下方向值得参考和借鉴。

（1）在同质材料激光熔焊或钎焊中，采用三光斑技术。三光斑技术的原理与应用如图11所示。三光斑的设计思想主要是为了提高焊接质量，避免在焊接过程中因待焊表面的油污等杂质或涂层的影响，造成焊缝中气孔的产生。通过光源的合理分配，在前置的两个能量较弱的光斑作用下，这些油污或涂层可以在主光斑焊接之前被加热烧结清除，从而避免焊缝中气孔等缺陷的产生，提高焊接质量。

另外，前置光斑的存在在焊接过程中也能起到预热作用，从而提高材料对激光的吸收率。尤其对于铝合金材料的焊接，前置光斑可以明显预热工件，大大提高主光斑焊接时材料对激光的吸收率，这对降低激光器的功率具有重要意义。

对于某些需要后热处理的焊缝，也可以将辅助光斑后置，依据热处理条件的要求，适当布置光斑的位置和能量，以起到随机后热处理的作用和效果。

但对于异种材料的激光钎焊，例如钢与铝合金的焊接，建议谨慎采用三光斑技术。为实现钢件与铝件的激光钎焊，钢件表面必须进行涂层或表面处理，以使激光钎焊时钎料与其具有较高的浸润性和界面张力，提高接头强度。如果破坏了设计涂层，如镀锌层等，则起调和作用的这些表层就会被破坏并失去相应作用，从而难以实现钢与铝的优质激光钎焊。该方法对于MIG等其他钎焊技术同样适用，在工艺设计时务必注意。

（2）激光点焊技术是为提高激光点焊质量而设计的一种新型的、有压力参与的激光复合焊接技术。技术原理示意如图12所示，它将激光技术的优点和点焊技术的优点有机地结合在一起，形成了独特的焊接特点和优势。

激光技术的优势是能量密度高、焊接速度快。点焊技术的优势是在利用电阻热的同时，可以利用压力优势使待焊接部位达到紧密接触的目的，从而实现热与力的合理组合。

对于车身而言，激光焊多用于多层板的焊接。由于车身制造过程中的累计误差，不可避免地会存在一定程度的误差累积，从而出现程度不同的间隙。这些间隙的存在对激光熔焊的焊接质量有重要影响，会导致焊穿等焊接缺陷，降低接头性能。

目前也有使用激光飞行点焊技术进行板材间的无接触点焊，但是由于某些区域间隙的存在，在焊接过程中必然造成焊点的塌陷，形成大小不等的焊坑，降低焊点的有效面积，从而降低焊点强度，且由于表面成型不佳，难以用于覆盖件的焊接。

结合激光技术与传统点焊技术优势而开发的激光点焊技术，既利用了激光能量密度高的优点，又利用了点焊焊接时可以施加压力的特点，实现了激光熔焊过程中的无缝隙或微小缝隙焊接，极大地提高了接头质量和焊点表面成型质量，在高品质车身制造中具有良好的应用前景。

4 结论

以汽车车身制造为背景，详细介绍了几种激光焊技术原理、特点与应用发展，并对激光焊接技术的未来发展方向提出了相关建议。

（1）分析了用于汽车车身制造的激光技术特点，对其相应的光学特性以及材料对其吸收率等特性进行了分析与探讨。

（2）详细介绍了激光熔焊技术、激光钎焊技术、激光+MIG复合焊接技术以及填丝型激光熔焊技术的原理与技术特点。并对这些激光焊接方法在汽车车身制造技术中的发展与应用特点进行了对比与分析，对于激光技术在车身上的应用具有较高的指导价值。

（3）基于对未来车身的考虑和满足高品质焊接质量的要求，提出了三光斑激光焊接技术及激光点焊技术等车身焊接技术解决方案，对未来汽车车身连接技术的发展，提供了方向和发展建议。

参考文献：

[1] 韩立军. 可视自动化激光钎焊技术在白车身制造过程中的应用[C]. 第十四届全国汽车车身技术研讨会论文集，2004.

[2] 韩立军. 激光焊接技术在一汽-大众迈腾车身制造中的应用[J]. 金属加工，2008（8）：32-35.

[3] 韩立军. 激光焊接技术在汽车制造中的应用与发展[J].金属加工，2007（6）：42-44.

[4] 韩立军，朱俊洁. 激光-MIG复合焊接技术在车身制造过程中的应用[J]. 汽车工艺与材料，2007（2）：18-21.

[5] 陈君，张群莉，姚建华，等. 金属材料的激光吸收率研究[J]. 应用光学，2008，29（5）：793-798.

[6] Steen W M. Laser Material Processing[M]. Springer-VerlayLondon Limited，London，2003.

[7] 韓立军. 激光+MIG复合焊接技术在铝合金车身制造过程中的应用及发展[C]. 第十五届全国汽车车身技术研讨会论文集，2006.